工业外骨骼,人类进化新方向

外骨骼机器人可能才是人类和机器共存的「真」未来。


作者 | Founder Park

6 月 2 日,人类史上第一位赛博格——彼得·斯科特-摩根去世,享年 64 岁。在 1984 年出版的《机器人革命》中,彼得就曾预言有一天人类会走向「强化人」的道路。

只是目前看来,赛博格(结合了有机体与电子机器的生物)看起来还有些遥远。

但,人机结合的另外一种形态——外骨骼机器人已经开始变成现实了。

作为一种人机结合的可穿戴机器人,外骨骼机器人随着其产品性能的提升和成本的进一步下降,正在打开更多的市场空间。除了医疗和军用市场,目前在泛工业领域,外骨骼机器人有望成为提高生产效率的重要工具,其部署增长迅速。根据全球科技市场咨询公司 ABI Research 的数据,工业类外骨骼将在 2028 年占据整体市场营收一半比重,而出货量将占整体出货量一半以上。

工业外骨骼机器人的时代正在到来,家用外骨骼机器人的时代也即将来临。

外骨骼机器人是如何完成人机协同的?目前都在哪些场景应用?穿戴外骨骼送外卖是否靠谱?什么时候,我们每个人都能拥有一套外骨骼呢?

7 月 28 日,在极客公园的 Rebuild 2022,Founder Park 的两位主播和傲鲨智能创始人 & CEO 徐振华一起聊聊外骨骼机器人的进展和未来。

徐振华做客极客公园的「Rebuild」栏目 | 来源:直播截图

01

外骨骼机器人

的应用场景

Founder Park:外骨骼机器人是怎么来的?目前主要有哪些种类?

徐振华:上世纪 60 年代,美国通用电气制造了第一台外骨骼机器人,主要目的是增强人类的力量,解决人的耐力和体能问题。由于技术与材料的限制,当时的机器人有几吨重,使用液压装备,通过传感器增强人力量,属于实验级产物。

随着基础材料的进步,现在外骨骼机器人使用的驱动设备逐渐小型化、轻量化。2011 年,美国军方公司 SARCOS 以当时的技术造了一台更加小型化的外骨骼机器人,以全液压的形式运作,包括了下肢、腰部、身体、上肢等全方位关节的覆盖,能够让穿戴者举起 80 公斤到 90 公斤的重量。设备自重在 150 公斤左右,完全依靠外部电池运行。这个机器人和电影里的钢铁侠有点像,但是不能飞,能够在地面上正常地行走、跑步,包括拿取重物,这也是现在大家经常讨论的外骨骼机器人的雏形。

从架构上来看,外骨骼机器人分为两大类目,一种是刚性外骨骼结构,另一种是柔性外骨骼结构。

柔性外骨骼主要的驱动单元来自于一些人工机构,包括柔性驱动的产品,目前还是在实验室阶段,很难在市售的零部件上找到。目前总体上没有太多的柔性外骨骼,还没有商业化。

目前比较商业化的是刚性外骨骼,有很多类型。

第一种是电液伺服,本质上是一种液压外骨骼,使用电液伺服以后可以做到很高的能量密度和力矩输出。是一种非常优秀的动力单元,但是成本很高。大家平时熟知的波士顿动力——可以翻跟斗的机器人,使用的就是电液伺服单元,这些单元早期都来自于战斗机上的一些部件民用化。

第二种是伺服气动,目前费斯托这样的公司有非常好的解决方案。但是总体来说,因为伺服气动方案管路的安排,包括气体本身的可压缩性,气源、气体的保存都是难题,伺服气动外骨骼相对较少,日本有个别厂家可能会做一些特殊的气动机构,但本质上是一个气囊,是一种简化的气动单元。

第三种是目前最常用的,伺服电机驱动的外骨骼,由于成本低廉,管线布置比液压简单,控制理论相对液压也更加成熟,是全球目前用得比较多的一种。缺点是功率密度不太高。

外骨骼在工厂的应用 | 来源:傲鲨智能官网

外骨骼应用的时候要根据应用场合判断,如果是偏向于着重爆发力、负载比较高的场合,比如军事场合,电液伺服可能会比较适合;在一些商用和民用场景中,比如让产业工人、老年人、户外运动爱好者等去使用,那可能是电机驱动外骨骼更适合,因为它的力量需求不大,同时使用了清洁能源、很好的控制模式以及低廉的成本。

如果根据电机的驱动方式细分,有齿轮驱动、皮带驱动、谐波减速器驱动、钢丝驱动等方案。但总体来说,目前只要是有明确的关节运动点的外骨骼,基本上都属于刚性类外骨骼,只是各自的底层驱动方式会有所不同。

Founder Park:目前外骨骼机器人有哪些比较特殊的使用场景?

徐振华:在比较常规的应用场景中,比如物流、工厂的客户,机器人是用于常规环境下的搬运,普通设计的外骨骼机器人基本上能满足需求。客户可能会提出一些小的修改,比如改颜色、 logo,或者是增加一些专用的附件帮助搬运一些箱子。

这些都是非常小的设计更改,难的是在一些特殊的行业,比如矿井,或者有防爆要求的化工厂,这种环境下目前都是依靠人力工作,仍然需要很大的助力辅助,同时要考虑如何解决易燃易爆的问题。可能需要重新设计整个机器人的密封性,涉及到模具的更改,包括电机的控制电路板,以及电路板上的线宽、导线的层厚等,都是非常细节的问题。

还有一种情况,比如在矿井下需要有应急氧气装置,如何把应急氧气整合到外骨骼上,让外骨骼成为一个综合的载体,也是在设计上需要考量的;包括探照头灯、应急灯等这些东西如何去整合,是不是可以用外骨骼上已有的电源去实现这方面的功能;地下的数据传输,要传数据、定位等,如果真的发生意外,外骨骼不仅可以帮助人类增强力量,还可以把信号传到地面站,传达救援信息。一些特殊行业会有特殊的设计要求,每个行业都会不太一样。

Founder Park:外骨骼要满足军用场景,技术难点是什么?

徐振华:国外早期做外骨骼的都是一些比较大的军方公司,比如洛克希德·马丁。军事应用场景其实很早就开始切入了——用外骨骼增加单兵的作战能力,难点在于军事应用更多要考虑的是人的敏捷性,在不受影响的情况下去做助力。所以洛克希德·马丁早期推出的 Hawk 系列等无一例外的都使用液压助力作为驱动单元,液压助力的特点是功率密度高,短时间内的爆发力也特别好,不过它会受到一些能源的限制。

军事化的应用环境比较苛刻,要能够耐受恶劣环境,对产品环境试验的要求是非常高的,同时可靠性要求也会非常高。对软件算法,包括电机的响应速度或者整个液压系统的响应时间、速度其实都会有很高的要求。国内也有一些军事的应用,只是目前还比较早期。

军用外骨骼的动作会比较复杂,这和工业类外骨骼有巨大的区别。工厂里的搬运动作比较单一,但是军用会涉及到很多一线的战术动作,比如 25 公斤的轻装机动,40 公斤的重装机动等,需要背着东西走很长的路,可能还会有匍匐前进或者是滑坡的动作要求,这些特殊动作会导致姿态识别的软件得不到正确的数据,目前我们也没有办法完全照顾到这一点,因为动作太多,而且很多动作之间会产生耦合,很难判断是爬坡的动作,还是在大石头上行走或者步幅很大的动作。如果外骨骼的侦测运动判定比较难做,后面的助力都做不了,因为失去助力的依据了。部队有很多跳跃的动作,这些动作无一例外会对外骨骼的驱动系统带来很大的冲击,这一块的结构设计包括冲击性设计,很多材料会有很大区别。所以军用的难度要求是非常高的,随之而来的就是成本的巨大上升,目前还没有太多的量产。

Founder Park:外骨骼从军用到民用,降维的核心是降低了哪些维度?

徐振华:第一个是能量密度的降低,这是最大的区别。因为不再需要去承担 40 公斤以上的负载,以及背负很长的距离,首先就可以把液压去掉了,目前伺服电机助力的成本优势在中国还是非常明显的。

第二个,由于不做高负重的运作,膝盖的电机可以省掉了。在军用类的外骨骼场景里,很多是下肢类的外骨骼。膝盖的电机一旦省掉以后,足底的压力系统也可以省掉,这些东西全部省掉以后,外骨骼就变成一个半开放结构,很多调节机构也可以省掉,带来大量的结构简化和成本的下降。

第三个是软件难度的降低。工业的应用场景是比较固定的,动作规律也比较归一,对于软件的难度要求就下降了,软件难度下降直接带来算力的下降,可能就不需要用一些特别昂贵的控制器,这些也能够综合地降低成本。

第四个是耐久试验标准的改变,包括环境试验、高低温试验、冲击试验、震动试验、疲劳试验、ENC 的表现性能实验等,这些标准全都可以降下来。比如军方用的外骨骼噪音太大就很容易被人发现,在民用端没有这个要求,有点声音是可以接受的。军用产品的电磁抗干扰能力需要非常强,但是民用场景完全不用考虑。我们一般会选取常用的比如 YY0505 医疗器械的 EMC 实验标准,这些实验标准直接就带来了器件的选型变化,芯片有宇航级、军用级、汽车级、民用级的,基本上直接可以落到汽车级或者民用级,器件的成本也就降下来了。

所以降维是从设计本体、结构、认证以及元器件采购全方位都在下降。

Founder Park:矿业的外骨骼使用主要解决了哪些问题?

徐振华:矿业与建筑、机场、包括电力系统是类似的。它们都是在野外相对艰苦的环境中,不是室内或者环氧地坪等标准场地。如果有标准场地,很多工种可以通过机器人或者一些专用设备去解决问题。另一方面,矿业的工作负担都比较重,一般矿用的设备本身都比较笨重,轻的也有二三十公斤,重的可能会达到四五十公斤,需要两个人去处理。

矿业的工作内容变化性很大,挖矿是全自动化的,但是坑道挖完以后留下大量的辅助建设工作,比如要布电缆线、通水管、通气管、通氧气等,这些全部需要人工去弄。井上作业要搬一些材料去大矿坑附近安装,还有一些是井下作业,这些作业都会遇到的问题是产品、操作物很多变,而且在操作的过程中需要有很多技巧性的动作。

也有很多临时性安排的管道工作需要人去处理,比如每天搬运几百根管道,而且坑道可能有 20 公里长,工作量很大。以前会安排一批人去工作,另外一批人轮换,外骨骼应用之后减少了力量输出,增加了耐力,进一步节省了人力和潜在的人员损失。另一方面,外骨骼会附带一些应急氧气和头灯等应急设备,包括我们的四级数据传输,可以帮助他们自动地汇报数据,安全和效率都有保障,可以在后台做统一的管理。

02

外骨骼供应链尚未成熟

Founder Park:目前外骨骼机器人的负重力量大概在什么级别?

徐振华:目前大部分可商用的外骨骼,基本上都是做相对力量型的产品,借用人的一部分力量,引导外骨骼承担一部分负重,人与外骨骼的力量一起输出,最后把重物抬起来,达到节省力量、减少疲劳感的目的,同时防止人的腰部受伤。这个应用场景下一般都规定输出在 50 公斤以下,这是工业安全标准,甚至严格的一些厂商可能会缩减到 20 公斤以下,国内外的情况不一样。超过 50 公斤已经不只是力量的问题,可能是重心的问题了,部件可能会非常大,即使外骨骼有力量抬起来,人的重心也可能已经偏离出能掌握的重心范围了。

以波士顿动力的机器人为例,对于每一个的运动关节,每一个转动都做了伺服电机的控制,所以它的姿态是完全可控的。外骨骼为了节约重量和成本,只在必要的一些工作方向上助力。比如大腿的全曲和伸展,但是在大腿的外展和内收的关节上,是不做助力的,因为那样的发力动作比较少,所以导致它是一个不完全的骨骼系统。这个时候如果重心偏移太大,超出自身可控能力范围,会比较容易摔倒。这也是应用中要注意的一个点,一般不会推荐去搬太重的东西,或者是重心太过于偏外部的东西。

另一方面,外骨骼的软件特点是跟随人的动作去做力量的放大,前提条件是人要给出正确的指令和运动方向。如果人给出一个错误的方向,外骨骼可能也是朝着错误方向做的;如果硬要摔倒,外骨骼也会帮助你摔倒。当然也会有一些机器学习算法,帮助外骨骼可以更好地去匹配不同的人、不同的应用场景、不同人的习惯,但总体上它还是以人为主的。

外骨骼也可以多台配合去抬重物。比如在地底下的坑道里面抬很重的管道,管道大约有 5 米长,一个人可以抬,但是重心是偏移的,两个人去抬就可以去解决这个问题。

Founder Park:外骨骼机器人在使用的时候,设备本身对人的负担增加有多大?负担的增加量是由哪些东西决定的?

徐振华:对身体的负担是我们一直在处理的一个问题。在泛工业领域用得比较多的外骨骼类型是上肢、腰部和下肢,再细分的话,更多的来自于腰部和下肢。在很多工业的应用场景里,包括民用的一些场景中都有相当多的搬运动作。在搬运的场景里,腰部类的外骨骼应用会比较多,国外的同类产品也是如此,因为它更加小巧、简单、易用。

从产品角度来说,要研究一下负担的分布。腰部外骨骼的主体一般是由身体部分、电池部分、驱动部分和腿部四个部分构成的。一般会有机器人本体构成的一个主体结构,这个主体结构里会容纳全部的减速控制单元、电路板。主壳是背在人身上的,在主壳内部有电池,每个公司的电池做法不太一样,有些是完全内置的,有些是放在外面可更换的。目前比较流行的是可更换电池,因为工作时间比较长,经常需要充、放电,电池的重量占比很大。在主机身旁边有电机和减速机系统。这两个也是主要的重量来源。另一部分是绑附在人腿上的一些辅件,机构、软包,包括一些碳纤维结构件。

腰部外骨骼机器人 | 来源:傲鲨智能官网

以腰部为例,这些重量全部加在一块,目前国际上能做到的最轻重量大约是 4.5 公斤,在这个重量基础上,它会有将近 10 公斤的力量输出帮助到使用者,也就是说可以减轻大约 10 公斤左右的重量,但是这个重量不绝对,因为和人的穿戴、工作方式都有一定的关系。我们大概能做到 5.8 公斤到 5.9 公斤这样的重量,输出力量在 30 公斤左右。产品的重量和力量输出的大小可以根据实际的应用场景去配置。

傲鲨服务的矿业、电力系统、航空等都是一些比较恶劣的环境,工作重量基本上在三四十公斤左右,需要穿一些力量比较大的外骨骼。最终设计的评判标准其实是看推重比,机器足够轻的同时,要保证输出力量足够大。这个比例如果控制得越大,说明外骨骼的效率肯定是越高的。当力量大了以后,它对于软件、安全性能方面都会提出不同的挑战。重量方面,4 到 6 公斤的区间是人可以去承受的。早期我们也做过实验,让实验者承受 8-10 公斤的重量,得到的反馈是太重了。

Founder Park:人和机器协同的时候,反馈机制是怎么形成的,机器是如何感知到人的动作的?

徐振华:外骨骼一般包括两个交互,第一个是外骨骼和人的交互,第二个是外骨骼和环境的交互。

外骨骼和人的交互,交互方式可以是千差万别的,各有各的做法。有人用 IMU 传感器(加速度计和陀螺仪传感器的组合)来判定人的姿态,其实跟大疆的无人飞机差不多,用位置传感器获悉飞机的姿态,外骨骼也会有类似的东西可以感知姿态;也有通过压力传感器来检测外骨骼和人之间的相对压力来控制的;更高级的话,可以通过肌肉电信号来控制;甚至有一些大学通过非侵入式的脑电来做外骨骼控制,现在可以用 OpenBCI 的国际开源套件,在 github 上找一些代码就可以去做,很容易入门,但不适合商用。因为商业化讲究的是安全可靠、成熟、成本可控,包括在恶劣环境下都可以使用。

目前在泛工业领域商业化的方案还是通过位置传感器,一般通过双编码器或者是更多编码器去获得位置信息,通过位置信息来预判人体的运动姿态。每家的做法不同,数据系统和算法不同,无论哪一种技术,目标都是一样的,就是要提前预判人的姿态。机器人的响应速度、传感器的传感精度是远高于人的反应速度的,所以提前预判是没问题的,但是要判断准确还是挺难的。因为穿戴外骨骼的人,尤其是工业领域,动作比较多,各种情况都有,需要去做很多的预判。

相比腰部类,下肢类的外骨骼会复杂一点,不像腰部类的单靠位置传感器就可以获得信息。由于下肢类是全身类型的骨骼,一般要在足底安排更多的足底压力传感器,知道人走路时的重心分布情况,包括从足根到足弓到足尖的压力变化情况,再通过逆向运动学去反推一些力学参数。所以下肢类的外骨骼会更加复杂一点,一般偏重载的场合用的多一点。

Founder Park:外骨骼机器人的产业链目前成熟了吗?

徐振华:目前行业还没有形成标准的供应链。

外骨骼产品本身比较新,很多设计和应用也是,它使用的减速机的排布方式,包括减速机本体的结构,和工业类的外骨骼是完全不一样的。早期也尝试过使用一些标准的减速机来做外骨骼,可以做出来,但是不是最优的设计,一旦要将这些产品进行优化、商用化以后,就会面临很多的问题。比如我们的外出外骨骼应用是穿戴式设备,它对重量是比较敏感的,所以不可能去使用钢制减速,重量基本上已经决定了很多事情无法进行了。

另一方面,因为人穿戴外骨骼之后,人体边上要带一些电机配套的设备,肯定不能太宽,不能像机械臂一样的间有电机突出来,旁边也有电机,那样会限制人的运动,影响行走,转动惯量的计算也会出现问题,所以需要做得非常小巧、贴身。在这些限制条件下,已有的减速单元都用不了。很多减速器需要做定制,包括电机本体也需要做一些小型化、功率密度高的定制,来适应不同的设计。从伺服原理的角度来说,工业机器人的三大核心部件还是在的,比如电机的本体、编码盘、反馈单元,包括伺服运动控制单元、经典的控制理论以及 PID 都还是有的。

但总体来说,外骨骼的供应链不是那么的成熟,需要公司自己花很多的时间去做一些非常底层的工作,比如我们会直接设计减速箱里的单个齿轮,包括很多开模所需要的工作。这种做法可以降低一些成本,因为我们的应用场景是一些偏工业的场景,而不是医疗的场景。医疗场景的产品毛利率比较高,产品售价也会比较贵,相对来说工程开发的成本空间会大一些。但是工业品强调的是大规模应用,比如平时所面临的一些煤矿或者航空公司的企业,产品使用人数是在百人到千人的级别,这个时候产品的成本就尤其重要。所以我们的整体设计全部要围绕着低成本设计去做,要保证这是一个人人都用得起的产品,在产业上才会有意义。

Founder Park:现在控制外骨骼的算力是在端上还是在云上?

徐振华:目前计算方面都是在机器人终端,因为云端会有通讯不稳定的风险。我们的安全措施沿用了以前医疗的标准,因为它是穿在人身上的,在一些意外情况下,如果软件出现很严重的 bug 或者结构没有起到相应的保护作用,很容易导致人受伤,这是有风险的。

我们内部有相当多的保险和冗余机制,如果在某一特定环境中最恶劣的情况下失控了,可能会采取减速箱自毁的方式。

为了保持安全,外骨骼的算力、核心控制单元目前都安排在本体上,也会安排一个 IoT 4 级的通信端口,可以通过普通的一些基站网络,把数据传回来,回传的数据密度是可以调整的,这个可以用来帮助分析现场的应用情况,场景的特点也可以通过回收的数据去学习调整,也能帮助工程师改善算法。

03

工业和民用

是外骨骼的新方向

Founder Park:注意到 2015、2016 年突然出现了一些外骨骼机器人公司,是有什么新的技术突破导致的吗?

徐振华:在 2012 年到 2015 之间,我参与的一家公司在做康复类的下肢机器人,当时只有瑞士的 Hocoma 提供类似的设备,机器人造型巨大,可以把患者放到里面,帮助患者做一些运动康复训练。国内的康复患者非常多,治疗师却非常少,有这样的设备还是不错的,但设备很贵,将近 400 万左右。广州有一家公司做了类似的产品,我们和团队一起就做了下肢康复机器人。设备量产后,每年能卖 40 台左右。我们做得比较早,后面陆续看到大家都在做下肢康复类的机器人,但都是很巨大的设备,我们又做了一点自己的创新,跟国外也不太一样。

2015 年到 2018 年,大家开始觉得康复类的下肢外骨骼机器人太大了,很多城市的康复科没有这么大面积,就开始往小型化做。这个时候正好以色列的 Rewalk 公司推出了小型的外骨骼产品,大家突然觉得电机伺服技术可以做一些大型的康复机器人,再过两年逐步地小型化了,这个时间段出了很多外骨骼的公司。

另一方面,我觉得可能和协作机器人相关,因为当时协作机器人的设计理念、思路、结构与传统的六轴机器人是有所不同的。虽然本质上控制算法都是六轴,它的排布方式是不太一样的,协作机器人更偏向于单独设计,整个的单元设计得比较小型化、模块化。也是从 2015 年开始,我们会发觉有很多供应商提供颗粒度更小的元器件了。2012 年到 2015 年,供应商只提供电机,编码盘、读码盘的速率,包括具体的信号都不允许改,外部也不能增加传感器。2015 年协作机器人推出后,很多供应商开始提供单独的元器件了,而且这些东西的成本下降、技术非常成熟。这可能得益于一部分技术产业的转移,外骨骼在这个阶段发展得比较快,跟元器件的发展可能有点关系。

Founder Park:很多机器人为了能够大规模地使用,会尽量保证设计的通用性,尽量减少定制化,你们如何看待这个问题?

徐振华:对于公司并没有好坏之分,但是对于一个初步成长的公司来说,不是很建议马上就做定制化的东西,因为风险很大。定制化的东西是不是真的有很大的产量的需求,以及面临的特殊行业规范,可能会导致产品无法上市或者面临潜在的法律风险,或者是生产和应用上的风险等等。

一般的策略是先做通用化产品,能够在常规的场景中使用。其实常规的场景是非常多的,比如在建筑工地的一些应用,帮助建筑工人搬运砖块、石块、钢筋水泥等重物;航空对于环境的特殊要求不太高,可能有一些电磁兼容性方面的设计考量,但是总体来说它还是属于一个常规性应用场景。

傲鲨早期的大部分产品都是常规性应用产品,我们会分析所有客户的需求共性,这在所有产品设计中都是一样。到了后期,我们发现有很多特殊的客户,可能是之前我们没想到的行业应用,接触到之后发现应用量也不小,并且有很强的刚需,但是这样的客户往往会有定制化的需求。这种定制化是一把双刃剑,一方面会导致产品要做一些更改,增加成本;另一方面,一旦定制化通过,基本上在这个行业中可能就是独家采购了。后面别人要来竞争也可以,但是你占有时间先发的优势,包括更早地去介入到这个行业中,获得了更多更早的数据。

Founder Park:从你们专业的角度来看,如何定义外骨骼机器人?

徐振华:公司内部对于外骨骼机器人的定义是一个电动工具,我们希望它能够普及给所有人使用,很简单地使用,就像用电动螺丝刀一样,这是我们公司的一个愿景。这个产品在产业端里所承担的角色就像一个工业化的电动工具,可能像安全帽一样的挂在一个地方,工人上班了就穿上去干活,休息的时候脱掉,因为二三十秒内就可以穿、脱。工具的目的是为了帮助节省体力、提高效率、防止受伤等。

有些公司做的外骨骼可能更加科幻一点,比如像 Sarcos 这样的美国军方公司的产品,穿上去之后就像变成了钢铁侠,力量很大,行动也比较敏捷,可以做一些重体力活。

大部分商用型泛工业领域的外骨骼公司,比如日本 Atoun 一般一年的销量大概在三四千台,美国 SuitX 一年的销量也在四五千台。这些机器人到达工厂里其实就是一个很常用的工具,并不希望把它看成一个很特殊的东西,任何人穿上去作为常规工具使用都可以,这也是它在工厂里真正的意义。

Founder Park:傲鲨智能选择工业外骨骼机器人是出于哪些考量?

徐振华:外骨骼从诞生到商业化之后的应用场景,除了军事和医疗类的应用,就是偏工业的应用,未来可能还有一些民用类的应用。

之前一直在做康复类医疗相关的产品,医疗的毛利率很高,公司早期如果有很高的毛利率产品肯定是好事,但是医疗需要有相应的二类医疗器械注册证,包括临床的试验要求。我们觉得注册证这件事是双刃剑,搞不定的话是阻碍,搞得定的话就是壁垒。而且医疗上,患者比较配合,早期会相对容易地完成产品目标,所以说大家一开始都选择了医疗的康复类方向,而且从福祉上来讲也是造福人类的。

但是康复类赛道比较拥挤,企业比较多,包括国外有很多公司在做;另一方面,傲鲨做这件事情之前也调研了市场,发现工业这一块之前可能大家不太关注,可能觉得都是正常人,也不需要什么辅助。但正常人也有大量的需求,可能是工作太过于繁重、压力过于巨大,或者工作环境过于恶劣,这些都可能带来大量的伤害。这也是以前做康复类遇到过的问题,比如有很多的患者腰椎键盘突出,虽然有机器人可以帮助患者康复,但是医生会问,为什么机器人不能提前介入?能不能让这个人不要在受伤后再来找我。所以我们尝试从前端介入,看如何提前预防这些问题。

调研了相关产业,中国的物流从业人员将近 5000 万,矿业煤矿类的从业人员将近 580 万,机场直线的搬运工就有 2000 多名,像大兴或者浦东这种规模的机场,很多的航班是并发的,有大量的工人,而且这些工人工作两年左右可能就会因为受伤退出,因为工作强度太高了。这个市场其实是非常大的,还研究了国外的一些产品,基本上他们的月销量多的可能上万台,少的在四五千台左右,所以我们觉得中国的市场会更大。

未来外骨骼最终会普及,除了工业的场景,可能要普及到民用的场景。无论是老年人,还是中国将近 1.3 亿的徒步户外运动爱好者,如果要民用化,产品价格就变得很关键。如果我们再继续沿着医疗的思路往前走,很难在降低成本这件事上有大的变化。所以我们当时把所有的开发平台全都推翻,所有东西都从底层去开发,目的也是为了降成本。从工业开始走,因为工业也是要走量的,也对成本有要求,通过工业产品的成熟把量做起来,后续这些平台、技术可以逐步过渡到民用场景,这就是我们当时选这条路的逻辑。

Founder Park:傲鲨智能的竞争壁垒是?

徐振华:任何一个产业要想进步、完善,或者是大规模的应用,一定会出现百家争鸣的情况。

竞争壁垒要从几个方面来讲,第一个是软件、算法的壁垒,需要我们去收集更多的一些应用场景去适应不同的特殊应用,我们会通过机器深度学习的方法,尽可能让机器自动地适应人的应用场合;之后我们可能会增加一些摄像头来加强外骨骼和环境的交互,让它更加的智能,减少误判。我觉得这些会是一个长期的竞争壁垒。

从产品本身来说,会通过一些结构性的专利,包括一些特殊的设计去做一些硬件方面的保护。

从产业链来说,我们更加了解我们的客户,未来可能也会在某一个领域去做深耕。对于这个单独深耕的领域,我们可能更加了解它的行业特性、用户规律,包括它的产业标准和一些特殊的实验认证要求等。

04

更智能的人机协同

才是工业自动化的未来

Founder Park:目前来看,外骨骼帮助外卖员送货会是一个伪需求吗?

徐振华:我觉得要结合场景,还有产品的发展成熟度来判断。如果使用早期的产品,它的重量、价格都不合适,反应速度可能也跟不上。

我们对于外骨骼应用于外卖的理解不是让外骨骼去承担大部分的重量,而是类似于未来可能应用于徒步远行的外骨骼。它应该是一个非常轻量型的外骨骼,作为一个辅助设备穿在外卖员身上,就像安全帽一样,这个设备本身不能对他造成太大的负担,只需要在他每一次的走路奔跑过程中做相应的助力就可以,总体上达到节省体能、提高速度的效果。如果能发展到这个程度,价格也合适,够便宜,那么外卖员还是有可能去使用这个产品的。目前的外骨骼并不太合适做这样的事。

Founder Park:适用于工业类外骨骼的应用场景,有哪些条件是共通的?

徐振华:首先,这个场景不能是一个完全标准化的应用生产环节。比如汽车工业的涂胶、点焊、喷漆,它是可以完全标准化的,并且非常确定的任务,这些我们觉得更适合用机器人去做。

其次,这个场景不是一个非常良好的工作环境,没有办法安排机器人或特定的设备去解决问题。因为它的工作内容经常会发生变化,更多地依赖于人的主观能动性,需要人来做一些临时的处理。比如航空搬运行李,旅客的行李经常会遇到各种状况,软包、箱式,可能会有水果等,也有机器人公司尝试通过人工智能的方式让机器人学习,但是测试后发现,机器人在集中点堆叠的性能还是比较弱,识别上还是存在问题。包括堆叠时的重不压轻、大不压小,以及尽量全塞进去等要求,机器人就做不到。

对于未来工业自动化到底是全自动化还是人机协作的问题,我们认为不论是从社会层面还是技术层面,更多的还是人机协作会多一些。并不是单纯机器把人取代了,这个从技术上比较难达到,汽车制造业虽然有很多机器人,但是相对应的工人也很多。还是会有很多工作需要人去处理。

Founder Park:对于工业外骨骼机器人未来的发展,有哪些比较关键的技术问题吗?

徐振华:未来长期发展的话,会涉及到很多基础科学的问题。比如电池,目前续航能力还不是很紧张,但是也会考虑如何发展更清洁的能源,或者更复杂的外骨骼,未来需要做更多的关节,它的用电量就会增加。

还有比较关键的是驱动能源方面,目前大家常用的液压电伺服会比较多,也有一些是用气驱动,这些无一例外都是刚性驱动。未来可能通过电信号去控制仿生的组织机构去完成一些力学的输出,这就相当于是生物工程,如果这一类产品可以普及,可能在极大程度上完全改变外骨骼的外观特性,就会像衣服一样穿在人的身上,可以很轻松地完成助力的功能。如果这些技术能长期发展的话,外骨骼的设计会从刚性逐步过渡到柔性上。

Founder Park:外骨骼机器人会考虑往智能化发展吗?

徐振华:外骨骼不只是学科的跨度比较大,涉及的各方面科学知识比较多;从产品本身的难易程度上来说,它的跨度也是很大的。简单的外骨骼可能就是纯机械,跟软件没有关系;复杂一些的外骨骼可能就要上芯片,需要一些固定的程序。姿态的识别和预判需要通过软件去完成,但是也可以做固定的程序,就是做一些简单的模式匹配也可以完成。再进一步可以根据使用者的使用习惯去调整程序,动态标定一些半自动的程序;再往后发展可以介入人工智能和机器学习,可以学习人的使用习惯、发力习惯改善使用者的穿戴适配度和舒适度,增加用户粘性,这个场景下智能化还是很有用途的。

目前我们增设的摄像头让外骨骼增强和外部环境的交流,目的也是为了做一些学习类的应用。比如搬运行李时,根据行李的尺寸估计重量,以及能够对人的行为进行学习,减少不必要的力量输出和对人的干扰。行走过程中遇到楼梯、坑的情况,外骨骼如果可以做提前的预判,未来老年人使用外骨骼的时候,不只是获得行走助力的功能,还能帮助预判一些潜在的风险。这些是人工智能会在外骨骼领域有充分应用的场景。

*以上嘉宾观点不代表 Founder Park 立场,也不构成任何投资建议。

*头图来源:视觉中国

极客一问

你如何看待工业外骨骼的前景?

https://www.163.com/dy/article/HERP18RU05119FMA.html

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